Теплопроводность полнотелого кирпича керамического: Таблица теплопроводности кирпича, его плотность, морозостойкость и теплоемкость

Содержание

Таблица теплопроводности кирпича, его плотность, морозостойкость и теплоемкость

Сфера применения материала определяется его эксплуатационными характеристиками. Комплекс рассматриваемых свойств должны соответствовать требованиям, предъявляемых строительному кирпичу при сооружении внешних стен, перекрытий, фундамента. Возведение конструкций подразумевает выбор изделий различного назначения:

  • Силикатный – рядовой, лицевой, пустотелый, полнотелый.
  • Керамический – жаростойкий и все разновидности предыдущего вида.
  • Клинкерный – для облицовки фасадов.

Оглавление:

  1. Коэффициент теплопроводности
  2. Что такое теплоемкость?
  3. Значение морозостойкости

Теплотехнические характеристики

Показатели определяют энергопотребление дома, затраты на обогрев помещений. Проектирование сооружений, расчеты ограждающих конструкций учитывают эти параметры.

Материалы обладают свойством проводить тепло от нагретой поверхности в более холодную область.

Процесс происходит в результате электромагнитного взаимодействия атомов, электронов и квазичастиц (фононы). Основной показатель величины – коэффициент теплопроводности (λ, Вт/), определяемый как количество теплоты, проходящее через единицу площади сечения за единичный интервал времени. Малое значение положительно влияет на сохранение теплового режима.

Согласно ГОСТ 530-2012 эффективность кладки в сухом состоянии характеризуется коэффициентом теплопроводности:

  • ≤ 0.20 – высокая;
  • 0.2 < λ ≤ 0.24 – повышенная;
  • 0.24 — 0.36 – эффективная;
  • 0.36 — 0.46 – условно-эффективная;
  • ˃ 0.46 – обыкновенная (малоэффективная).

Чем больше плотность, тем выше теплопроводность – не совсем верное утверждение. Структура содержит закрытые поры и полости (пустотелый), наполненные воздухом с коэффициентом ≈ 0,026. Благодаря этому, изделия со щелевыми отверстиями лучше поддерживают тепловой режим внутри сооружений.

В инженерных расчетах необходимо учитывать величину теплопроводности кладочной смеси, значение показателя выбирают от 0.47 и выше, в зависимости от состава.

Видλ, Вт/м°C
Красный полнотелый0,56 ~ 0,81
-//- пустотелый0,35 ~ 0,87
Силикатный кирпич полнотелый0,7 ~ 0,87
-//- пустотелый0,52 ~ 0,81

Теплопроводность красного изделия ниже, чем у силикатного.

Физические процессы нагрева и удержания тепла можно охарактеризовать величинами:

  • Коэффициент теплоотдачи – теплообмен на границе поверхности твердого тела и воздушной среды. Это мощность теплового потока, приходящаяся на плоскость 1 м², обратно пропорциональная разнице температур тела и теплоносителя (воздух). Чем выше теплопроводность, тем больше теплоотдача.
  • Полное тепловое сопротивление – способность противостоять передаче тепла. Значение обратно пропорционально коэффициенту теплопередачи. Исходя из расчетной формулы R = L/λ, легко рассчитать оптимальную толщину кладки. λ – постоянный параметр, R – тепловое сопротивление указано в таблице 4 СП 131.13330.2012 для климатических зон России.

Теплоемкость

Необходимое количество тепла, подведенного к телу для увеличения температуры на 1 Кельвин – определение понятия «полная теплоемкость». Единица измерения: Дж/К или Дж/°C. Чем больше объем и масса тела (толщина стен и перекрытий), тем выше теплоемкость материала, лучше поддерживается благоприятный температурный режим. Наиболее точно это свойство подтверждают характеристики:

  • Удельная теплоемкость кирпича – количество тепла, необходимое для нагрева единичной массы вещества за единичный интервал времени. Единица измерения: Дж/кг*К или Дж/кг*°C. Используется для инженерных расчетов.
  • Объемная теплоемкость – количество тепла, потребляемое телом единичного объема для нагрева за единицу времени. Измеряется в Дж/м³*К или Дж/кг*°C.
Вид изделияУдельная теплоемкость, Дж/кг*°С
Красный полнотелый880
пустотелый840
Силикатный полнотелый840
пустотелый750

Тепловая конвекция непрерывна: радиаторы нагревают воздух, который передает тепло стенам.

При понижении температуры в помещениях происходит обратный процесс. Увеличение удельной теплоемкости, снижение коэффициента теплопроводности стен обеспечивают сокращение затрат на обогрев дома. Толщина кладки может быть оптимизирована рядом действий:

  • Применение теплоизоляции.
  • Нанесение штукатурки.
  • Использование пустотного кирпича или камня (исключено для фундамента здания).
  • Кладочный раствор с оптимальными теплотехническими параметрами.

Таблица с характеристиками различных видов кладок. Использованы данные СП 50.13330.2012:

Плотность, кг/м³Удельная теплоемкость, кДж/кг*°СКоэффициент теплопроводности, Вт/м*°C

Обыкновенный глиняный кирпич на различном кладочном растворе

Цементно-песчаный18000.880.56
Цементно-перлитовый16000.880.47

Силикатный

Цементно-песчаный18000. 880.7

Пустотный красный различной плотности (кг/м³) на ЦПС

140016000.880.47
130014000.880.41
100012000.880.35

Морозостойкость кирпичной кладки

Устойчивость к воздействию отрицательных температур – показатель, влияющий на прочность и долговечность конструкции. Кладка в процессе эксплуатации насыщается влагой. В зимний период вода, проникая в поры, превращается в лед, увеличивается в объеме и разрывает полость, в которой находится – происходит разрушение. Морозоустойчивость, как правило, низкая, водопоглощение не должно превышать 20 %.

Определение количества циклов замораживания и оттаивания без потери прочности каждого вида изделия позволяет выявить морозоустойчивость (F). Значение получают опытным путем. В лаборатории проводят многократную заморозку в холодильных камерах и естественное оттаивание образцов.

Коэффициент морозостойкости – отношение прочности на сжатие опытного и исходного элемента. Изменение показателя более 5 %, наличие трещин, отколов сигнализируют об окончании испытаний. Марки изделий содержат характеристики по морозостойкости: F15 (20, 25, 35, 50, 75, 100, 150). Цифровой параметр указывает на количество циклов: чем выше число, тем надежнее возводимая система.

Приобретение кирпича высокой марки морозостойкости опустошит бюджет, заложенный на строительство. Меры по улучшению свойств конструкций, продлению срока эксплуатации в зонах холодного климата без увеличения расходов:

  • Применение паро- и гидроизоляции.
  • Обработка кладки гидрофобными составами.
  • Контроль, своевременное исправление дефектов.
  • Надежная гидроизоляция фундамента.

От выбора материала для кладки, его удельной теплоемкости, теплопроводности, морозостойкости зависит срок и комфорт эксплуатации дома. Сложные расчеты, составление сметы расходов лучше доверить опытным специалистам, имеющим опыт в строительстве и проектировании.

Теплопроводность кирпича керамического (полнотелого и пустотелого) и силикатного

Физические характеристики строительного материала определяют сферу его применения. Теплопроводность кирпича является важным параметром, который принимается в расчет при сооружении фундамента, перекрытий, внешних стен.

Содержание

  • 1 Коэффициент теплопроводности кирпичей
  • 2 Теплопроводность кладки
  • 3 Расчет
  • 4 Уменьшение коэффициента теплоотдачи стены
  • 5 Технологии укладки
  • 6 Утепление здания
  • 7 Что обозначает показатель
  • 8 Свойства различных типов
    • 8.1 Красный керамический
    • 8.2 Клинкерный
    • 8.3 Характеристика шамотного
    • 8.4 Силикатный
  • 9 Какая теплопроводность изделий
  • 10 Что влияет на показатели

Коэффициент теплопроводности кирпичей

В экономике страны строительная отрасль выделяется как наиболее энергоемкая:

  • 10% энергии потребляют гражданские объекты;
  • 35-45% расходуют сооружения промышленного назначения;
  • 50-55% энергопотребления относится к жилым зданиям.

При проектировании зданий важное значение для строительных конструкций имеют теплоизоляция и тепловая защита. От этого во многом зависят человеческие условия труда и жизни, энергоэффективность строящихся объектов.

Возведение сооружений различного назначения нуждается в правильной оценке влажностного, воздушного и теплового режимов.

Это позволяют разработать специальные методики определения теплофизических параметров стройматериалов и готовых конструкций. Эти методики будут разными для отличающихся материалов изделий.

Теплотехнические показатели по техническим и нормативным документам характеризуются коэффициентом теплопроводности (λ). Для кирпича параметр является показателем того, как изделие передает тепло.

Чем выше значение, тем меньше теплоизолирующая способность. При выборе утеплителя для дома значение λ должно быть как можно меньше.

Коэффициент определяют экспериментальным путем. Это физический показатель, который зависит от давления воздуха, температуры, влажности среды и вещества изделия, плотности и структуры последнего.

Существует формула для определения теплопроводности. В соответствии с ней коэффициент λ прямо пропорционален толщине слоя (в метрах) и обратно пропорционален сопротивлению теплопередаче слоя.

Величина, которую получают при расчетах, используются в проектировании, чтобы сопоставить значение проводимости тепла разных материалов.

Для ограждающих конструкций сопротивление теплопередаче (R0) определяется для зданий и сооружений в соответствии с ГОСТ 26254-84. Для термически однородной зоны оно зависит от:

  1. Сопротивлений передачи тепла наружной и внутренней поверхностей.
  2. Температуры воздуха снаружи и внутри помещения, взятой как среднее значение измерений за расчетный период.
  3. От средней фактической плотности потока тепла за период измерений.

Теплопроводность кладки

По ГОСТ 26254 определяют λ для кирпичных и блочных кладок. Для этого действуют следующим образом:

  1. За время наблюдений определяют показания (средние арифметические) для всех термопар и типломеров.
  2. Для поверхностей кладок, которые находятся внутри и снаружи зданий и сооружений, вычисляется средневзвешенная температура по результатам испытаний. Принимается в расчет площадь растворных швов горизонтального и вертикального участков, а также площадь тычкового и ложкового участков.
  3. Определяют для кладки термическое сопротивление.
  4. Коэффициент теплопроводности кладки вычисляется по значению термического сопротивления.

Расчет

Теплопроводность кладки прямо пропорциональна ее толщине и обратно пропорциональна термическому сопротивлению.

После проведения испытаний и установления точных значений сопротивления теплопередачи нетрудно рассчитать величину теплопроводности стены, состоящий из несколько слоев.

Для этого нужно определить λ для каждого слоя отдельно и суммировать полученные значения.

Уменьшение коэффициента теплоотдачи стены

Существует несколько способов, которые позволяют снизить тепловые потери.

Технологии укладки

Воздушные зазоры делаются в кирпичной кладке для уменьшения накопления влаги в стенах и снижения коэффициента теплоотдачи.

Прослойку воздуха в стенах правильно обеспечивают следующим образом:

  1. Раствором не заполняют воздушные зазоры толщиной до 10 мм между изделиями начиная с 1 ряда. 1 метр — распространенный шаг между зазорами.
  2. По типу фасада с вентиляцией зазор воздуха толщиной 25-30 мм оставляют по всей высоте кладки между теплоизолятором и кирпичом. При работе зимой отопительной системы температура в доме будет оставаться постоянной. Свойства стены сохранять тепло обеспечат постоянные воздушные потоки, которые будут проходить по предусмотренным воздушным каналам.

Постоянная циркуляция по каналам воздуха внутри кладки возможна, если она на последнем ряду не закрывается перекрытием из любых стройматериалов или стяжкой из раствора.

Для частного строительства важно, чтобы, не понеся больших расходов, добиться от кирпичной стены существенного снижения коэффициента λ.

Утепление здания

Дополнительная теплоизоляция строительных объектов способствует повышению их энергоэффективности. Утеплитель может располагаться изнутри и снаружи зданий.

Материал теплоизолятора крепится к стенам дюбелями и клеем, скобами и шурупами с использованием обрешетки и без. Полимерные штукатурные и пеновые смеси могут наноситься с применением армирующей сетки.

Для наружного утепления производятся сборные изделия: термоблоки, вентилируемые фасады, закрепляющиеся к стенам с помощью специальных конструкций.

Недостатки теплоизоляции штукатуркой снаружи:

  1. При частой смене температуры воздуха на границе сред, образуемых элементами утеплителя и стеной, создается зона повышенной влажности. Это важно учитывать для недостаточно толстых слоев штукатурки, сделанной по металлической, стеклотканевой или полимерной сетке.
  2. На 3-4 году эксплуатации отделка фасада начинает разрушаться. Раствор выдерживает в среднем около 50 циклов смены тепло-холод.
  3. На здоровье проживающих в доме может плохо влиять поражение конструкций грибком и плесенью.

Разные системы теплоизоляции способны нарушить паропроницаемость конструкции. Это часто вызывает образование между слоями фасада, штукатуркой и утеплителями конденсата. Он снижает срок службы изоляции и отделки, приводит к разложению пенополистиролов с выделением ядовитых веществ.

Что обозначает показатель

Холодная область материала постоянно получает тепло из более теплых частей. Их этот процесс движения тепла осуществляется через электромагнитные взаимодействие на уровне квазичастиц, электронов и атомов.

Физический смысл показателя теплопроводности — какое за единичный интервал времени через единицу площади сечения проходит количество теплоты.

В зависимости от коэффициента теплопроводности ГОСТ 530-2012 разделяет эффективность складки на следующее виды:

  • малоэффективная (обыкновенная) — от 0,46 и выше;
  • условно-эффективная — 0,36-0,46;
  • эффективная — 0,24-0,36;
  • повышенная — 0,2-0,24;
  • высокая — меньше 0,2.

Исходя из состава для кладочных смесей величину теплопроводности в инженерных расчетах выбирает от 0,47 и выше.

Нужный температурный режим лучше поддерживается при использовании стройматериалов с высокой теплоемкостью. Этот параметр характеризует, сколько нужно количества тепла, чтобы за единицу времени нагреть объект до заданной температуры. Единицами измерения показателя являются Дж/0С, Дж/К.

Свойства различных типов

Разные строительные материалы отличаются способностью проводить тепло, которая зависит от следующих параметров:


  1. Влажность. 0,6 — значение λ для воды. Влажный насыщенный воздух или капли жидкости замещают сухой воздух в порох утеплителя и стеновых конструкциях при их намокании. Это приводит к росту показателей теплопроводности.
  2. Плотность. Тепловая энергия лучше передается, если частицы в теле расположены более тесно и в большем количестве. Опытным путем или на основе справочных данных определяется зависимость плотности и теплопроводности материала.
  3. Пористость. Однородность структуры изделий нарушается из-за наличия в ее составе пор. Заполненный воздухом объем, занятый порами, передает часть энергии теплового потока. Для сухого воздуха принимает значение λ отсечной точки 0,02. Теплопроводность стройматериалов будет меньше, если воздушными порами будет занят больший объем.
  4. Структура пор. Тепловой поток снижает скорость при наличии в изделиях небольших пор замкнутого характера. Тепловая конвекция будет участвовать в передаче тепла, когда имеются относительно большие сообщающиеся между собой поры.

Красный керамический

Мелкозернистая глина является при производстве керамического кирпича основным компонентом. В готовую продукцию также входят вода, песок и улучшающие начальное качество сырья присадки.

Изделия меньше растрескиваются, когда в их состав входит более эластичный раствор, качество которого модифицируют с помощью пластификаторов.

Для керамического кирпича хорошая морозостойкость является основным достоинством. Он способен выдерживать 250-300 циклов замораживания и оттаивания.

Красный кирпич из керамики российского производства имеет толщину 6,5 см и 25 см в длину. Для двойного толщина составляет 13,8 см, 8,8 см — для полуторного.

У пустотелых и полнотелых изделий будет разная величина объемного веса. Построенная из кирпича конструкции будут характеризоваться теплопроводностью тем ниже, чем более пористый материал был использован при строительстве. Для полнотелого кирпича показатель пустотности не может составлять более 30%.

Чтобы внутри изделия образовались пустоты, используется «шихта» — торф, крошки угля, опилки, солома мелко порубленная. Ее добавляют в массу глины. Пустоты образуются, когда добавки выгорают при спекании глины в печах с 1000°С температурой.

По показателю плотности кирпич делится на 7 категорий — от 2,4 до 0,7. Каждый класс изделия обладает собственной теплопроводностью.

0,6-0,7 — коэффициент теплопроводности для изделий с цельной структурой. Для пустотелых — 0,5-0,25 Вт/м*0С.

Несущие стены не делают из пустотелых материалов, поэтому чаще всего они нуждаются в дополнительном утеплении.


Клинкерный

Этот тип кирпича получают из смеси силикатов и минералов, воды, тугоплавкой измельченной глины, которую обрабатывают после формовки при высокой температуре (до 13000). Для этого используют тоннельные печи.

При соблюдении технологии производства получается продукт без мелкодисперсионных пор с высокой прочностью, натуральных оттенков. Параметры готовых изделий определяются ГОСТ 530-2012.

Клинкерный кирпич чаще всего получается с точной геометрией. Для повышения теплоизоляционных качеств и облегчения веса конечной конструкции он выполняется пустотелым.

Характеристики материала:

  1. Морозостойкость более 100 циклов.
  2. Минимальная марка прочности М250.
  3. 1500 кг/см3 — наименьший показатель плотности.
  4. Высокая огнестойкость, устойчивость к биологическим угрозам, воздействию ультрафиолета.
  5. 6% — максимальное водопоглощение.
  6. Коэффициент теплопроводности — 1,15Вт/м*0С.

Характеристика шамотного

Этот вид кирпича делают из специальной глины — желтого шамота. Получаемые изделия являются жаростойким материалом, который в сложных условиях высоких температур даже под высоким давлением способен сопротивляться деформациям. Длительный контакт с открытым огнем спокойно им переносится.

Оксид алюминия является главным веществом, которое входит в огнеупорную смесь. Он обеспечивает кирпичу устойчивость к агрессивным средам и высокую прочность при механических воздействиях.

Материал делят на 8 групп по показателям пустотности. Максимальное значение — 85%, минимальное — 3%. Чем меньше удельный вес изделия, тем ниже прочностные характеристики.

Изготовленный в соответствии с государственными стандартами стройматериал обладают следующими показателями:


  • 7% — водопоглощение;
  • высокая устойчивость к кислотам и щелочам;
  • 3,7 кг — средний вес;
  • 1350°С — рабочая температура, 1750° — максимальная;
  • 15-23 Н/мм2 — значение прочности на сжатие;
  • 0,84-1,28 Вт/м*0С — коэффициент теплопроводности.

Силикатный

Материал получают под давлением 12 атм. и температуре 200°С автоклавным методом. В его состав входят, кроме модифицирующих добавок, извести, кварцевый песок в соотношении 1 к 9.

Стойкие к щелочи пигменты, которые добавляют в сырье на этапе прессования, помогают сделать цветные варианты изделий.

ГОСТ379-95, 379-2015 определяют требования к силикатному кирпичу. 15-31% составляет показатель пустотности. Вес изделий — от 3,2 до 5,8 кг.

Характеристики плотности:

  • 1450 кг/м3 — для пустотелого кирпича марки М150;
  • 1700-2100 кг/м3 — для полнотелого М150-200.

Теплопроводность пустотелых силикатных изделий составляет 0,56-0,81 Вт/м*0С, и 0,65-0,88 — для полнотелых.

Какая теплопроводность изделий

Для анализа теплопроводности изделий из кирпича принимается во внимание закон Фурье. Разница температур оказывает влияние на показатели, которые определяет тепловой поток.

Применяемые для отделки фасадов силикатные кирпичи имеют тепловые параметры ниже керамических. Поэтому изделия из силикатных материалов более теплые при одинаковых размерах конструкций.

Изделия из красного пустотелого керамического кирпича имеют коэффициент теплопроводности 0,56.

На показатели готовых зданий сооружений и влияет качество кладки. Важно, чтобы применяемые кладочные растворы были нежирными. Плотность слоя должна быть не больше 1800кг/м3 и минимальной толщины.

Теплотехнические расчеты и требуемая несущая способность определяют то, какая толщина несущей стены будет в здании. Чтобы удовлетворять современным требованиям при реконструкции домов, построенных в советское время, толщину их стен нужно сделать около 1 м. Это не может быть рентабельным, поэтому используют различные системы утепления.

Если утепляющая часть стены и сочетается с каменной, конструкция получается слоистой, то такую укладку называют эффективной. Ее часто применяют в малоэтажном строительстве, для увеличения полезной площади помещений и снижения затрат на материалы.

Что влияет на показатели

Теплопроводность стройматериала — способность сквозь свою толщину передавать тепло и стационарные внутренние процессы, происходящие внутри него при этом. Тесный контакт является обязательным условием для передачи теплоты от 1 объекта к другому, поэтому в чистом виде теплопроводность имеют только твердые тела.

На показатель λ оказывает влияние:

  • влажность;
  • температура;
  • пористость;
  • формы и структура пор;
  • фазовый состав влаги;
  • плотность.

Сильно снижает теплопроводность наличие замкнутых и мелких пор. Снижают эффективную теплоизоляцию конвективные потоки воздуха, которые возникают в сообщающихся между собой крупных порах. Ориентация, размер и форма пор важны для теплопередачи.

Входящие в состав материала вещества своей химической природой определяют способность удерживать тепловую энергию. Величина λ тем меньше, чем слабее связаны между собой образующие кристаллическую решетку вещества атомные группы или тяжелые атомы.

 

Моделирование тепломеханических свойств глиняной керамики.pdf

%PDF-1.4 % 1 0 объект > эндообъект 5 0 объект /Заголовок /Предмет /Автор /Режиссер /Ключевые слова /CreationDate (D:20200218085043-00’00’) /ModDate (D:20181025112656+02’00’) >> эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 4 0 объект > транслировать 2018-10-25T09:26:21ZAperçu2018-10-25T11:26:56+02:002018-10-25T11:26:56+02:00Mac OS X 10.13.4 Quartz PDFContextapplication/pdf

  • Моделирование термических и механических свойств глиняной керамики.pdf
    • Uuid: 7828bfe8-38ae-ed46-bfbe-6df1ce99dd4fuuid: 44b7b380-4677-4849-bd7d-d772a644482a конечный поток эндообъект 6 0 объект > эндообъект 7 0 объект > эндообъект 8 0 объект > эндообъект 9%8UIc+FK л]Lhmt(B 8жСПр0’фСКв7Ϳ̤В(ڲqDNMs*w

    Коэффициент температуропроводности изоляционного кирпича, выработанного из опилок и глин

    На этой странице

    РезюмеВведениеРезультатыВыводыБлагодарностиСсылкиАвторское правоСтатьи по теме

    90 002 В данной статье представлены экспериментальные результаты по влиянию размера частиц смеси шаровой глины , каолин и опилки на температуропроводность керамического кирпича. Смесь сухих порошков комовой глины, каолина одинаковой крупности и опилок разной крупности смешивали в разных пропорциях и затем уплотняли до высоких давлений перед обжигом до 950°С. Затем коэффициент температуропроводности определяли косвенным методом, включающим измерение теплопроводности, плотности и удельной теплоемкости. Исследование показало, что коэффициент температуропроводности увеличивается с уменьшением размера частиц каолина и комовой глины, но уменьшается с увеличением размера частиц опилок.

    1. Введение

    В недавнем исследовании Манукаджи [1] температуропроводность очень важна во всех задачах неравновесной теплопроводности в твердых телах. Скорость изменения температуры во времени зависит от численного значения температуропроводности. Физическое значение температуропроводности связано с диффузией тепла в среду при изменении температуры во времени. Неравновесный теплообмен важен из-за большого количества проблем нагрева и охлаждения, возникающих в промышленности [2]. В металлургических процессах необходимо прогнозировать скорости охлаждения и нагрева проводников различной геометрии, чтобы предсказать время, необходимое для достижения определенных температур. Материалам с высокой тепловой массой потребуется больше времени для передачи тепла от горячей поверхности кирпича к холодной поверхности, а также потребуется больше времени для выделения тепла после удаления источника тепла [3, 4]. В статье Арамиде [5] указывается, что при обжиге образцов кирпича, изготовленных из опилок, примесь опилок выгорает при температуре 450–550°C, [6] оставляя поры (воздушные пустоты) в кирпиче, что замедляет тепловой поток. .

    Одной из проблем, стоящих перед строительной отраслью Уганды, является высокое потребление электроэнергии, вызванное плохими системами вентиляции и кондиционирования воздуха. В основном это связано с отсутствием методов теплоизоляции в зданиях [7, 8]. Тем не менее, классифицированных теплоизоляторов, производимых в Уганде, нет. Страна зависит от импортных изоляционных материалов, которые очень дороги и труднодоступны для местной промышленности, однако в разных частях страны имеются богатые месторождения полезных ископаемых, которые могут стать потенциальным сырьем для производства различных керамических изделий, таких как теплоизоляционные материалы. кирпичи. Таким образом, в данной работе представлены результаты экспериментального исследования влияния размера частиц на температуропроводность глиняных кирпичей состава, представленного в табл. 1, которые были изготовлены из комбинации каолина, комовой глины и древесных опилок различной дисперсности. размеры.

    2. Экспериментальные процедуры
    2.1. Обработка материалов

    Сырьем, использованным в этом исследовании, были каолин, шаровая глина и опилки твердой древесины. Опилки были получены из красного дерева. Твердая древесина была предпочтительнее, потому что при включении в глиняный кирпич она образует однородные поры, имеет высокую теплотворную способность и не вызывает вздутие живота [9]. Каолин был собран в Мутаке на юго-западе Уганды, а шаровая глина была собрана в Нтаво (Муконо), в 25 км к востоку от столицы Кампалы. Глиняные шарики и каолин отдельно замачивались в воде на семь дней, чтобы они полностью растворились, чтобы отделить коллоиды от тяжелых частиц, таких как камни, песок и корни. Затем глину сушили и измельчали ​​в порошок в электрической шаровой мельнице. Порошки просеивали через контрольные сита, склеенные вместе на механическом просеивающем устройстве. Диапазон размеров частиц 0–45  мк м, 45–53  мк м, 53–63  мк м, 63–90  мк м, 90–125  мк м, 125– 154  мк м были получены отдельно для каолина и шариковая глина. Аналогично порошки опилок с размерами частиц 0–125  мкм мкм, 125–154  мкм мкм, 154–180  мкм мкм, 180–355  мкм мкм и 35 5–425  мкм м были тоже подготовил.

    Исследование проводилось с использованием двух наборов периодических составов. В первой части составы замесов А 1 –A 5 имели составы каолина и комовой глины с одинаковыми размерами частиц, которые были смешаны с равными массами опилок трех разных размеров частиц в весовых соотношениях 9 : 7 : 4, как показано в таблице. 1. Смесь этих порошков была сначала высушена на солнце, а затем спрессована до давления 50 МПа в прямоугольные образцы с размерами 10,51 см × 5,25 см × 1,98 см. Образцы для испытаний обжигали до 950°С в электропечи в два этапа. На первом этапе их сушили при скорости нагрева 2,33°С мин -1 до 110°С, и эту температуру поддерживали в течение четырех часов для удаления воды из образца. На втором этапе образцы обжигали со скоростью 6°С мин от -1 до 950°С. При этой температуре время выдержки составляло один час до выключения печи для естественного охлаждения образцов до комнатной температуры.

    Во второй части исследования составы серий B 1 – B 5 имели каждый из диапазонов размеров частиц 0–125  мк м, 125–154  мк м, 154–180  мк м, 180–355  мк м, 355–425  мк м м опилок, смешанных с каолином и комовой глиной того же размера частиц колеблется в соотношении 4 : 9 : 7, как показано в таблице 1, перед прессованием их при давлении 50 МПа в прямоугольные образцы размерами 10,51 см × 5,25 см × 1,98 см. Следовали тому же процессу обжига, что и для рецептуры первой партии. Каждый из составов образцов имел общую массу 200 г (90 г каолина, 70 г глины и 40 г опилок).

    2.2. Определение коэффициента температуропроводности

    Коэффициент температуропроводности определяли из измеренных значений удельной теплоемкости, теплопроводности и плотности с использованием следующего уравнения, полученного из закона Фурье о теплопроводности через твердое тело: где – температуропроводность, – теплопроводность, – плотность, – удельная теплоемкость [10].

    Теплопроводность измерялась на быстром измерителе теплопроводности (QTM-500) с датчиком-зондом (PD-11), который использует переходный метод (нестационарное состояние) для исследования теплопроводности образцов [11, 12]. Удельную теплоемкость определяли методом смесей [13], а плотность определяли путем измерения размеров и массы образца. Измерения теплопроводности, плотности и удельной теплоемкости проводились при комнатной температуре.

    2.3. Химический состав

    Химический состав обожженных образцов определяли с помощью рентгенофлуоресцентного (XRF) спектрометра, модель X’ Unique ll [14], для установления химического состава основных соединений, влияющих на термические свойства изоляционной глины. кирпичи Таблица 2.

    3. Результаты и обсуждение
    3.1. Влияние размера частиц на коэффициент температуропроводности

    Коэффициент температуропроводности определяли косвенным методом, включающим измерение теплопроводности, удельной теплоемкости и плотности обожженных образцов [2, 10]. Влияние размера частиц на теплопроводность, плотность, удельную теплоемкость и температуропроводность обсуждается ниже.

    3.1.1. Влияние размера частиц на теплопроводность

    Результаты (рис. 1) показывают, что теплопроводность увеличивается с уменьшением размера частиц каолина и комовой глины при фиксированном размере частиц опилок. Это связано с тем, что более крупные частицы создают большие поры из-за плохого заполнения пустот, содержащих воздух, после обжига по сравнению с частицами малых размеров [15, 16]. Теплопроводность керамического материала зависит от путей теплопроводности, на которые влияют микроструктура, распределение частиц по размерам и количество воздушного пространства или пустот, образующихся при обжиге тела [17]. На рис. 2 показано, что теплопроводность снижается при увеличении размера частиц опилок, входящих в состав глиняной смеси. Это связано с тем, что размер частиц горючих органических отходов определяет количество воздушных пространств, создаваемых в изоляционном глиняном кирпиче [18–20]. Кроме того, теплопроводность снижается еще больше при увеличении размера частиц смеси каолина и комовой глины из-за меньшего контакта между частицами [21]. Сцепление частиц глины зависит от распределения размеров частиц и диапазона размеров мелких и крупных частиц, а также от того, состоит ли тело из частиц одного или нескольких размеров.

    3.1.2. Влияние размера частиц на плотность

    Плотность образцов увеличивается с уменьшением размера частиц смеси каолина и комовой глины при фиксированном размере частиц опилок (рис. 3). Частицы меньшего размера имеют больше точек контакта, что обеспечивает большее сцепление и смазывание каолина шаровыми глинами. Различные размеры частиц в керамическом теле увеличивают плотность упаковки частиц и создают тело с высокой плотностью, поскольку более мелкие зерна проникают в пустоты между более крупными частицами и, таким образом, увеличивают плотность упаковки. Это исследование также показывает, что происходит дальнейшее снижение плотности с увеличением размера частиц опилок при фиксированном размере частиц каолина и комовой глины [20].

    На рисунке 4 плотность образцов уменьшается с увеличением размера частиц опилок для фиксированного размера частиц каолина и комовой глины. Мелкие поры, образованные мелкими частицами опилок, имеют тенденцию к закрытию при уплотнении в результате образования межкристаллитных контактных площадок, а крупные поры останутся в глинистой матрице при обжиге и созревании [18]. Это связано с достаточной длиной опилок, которая улучшает сцепление на границе опилки-глина, чтобы противостоять деформации и усадке глины во время сушки и обжига [9].].

    3.1.3. Изменение удельной теплоемкости в зависимости от размера частиц

    Удельная теплоемкость образцов от A 1 до A 5 обычно ниже, чем у образцов от B 1 до B 5 (рис. 5 и 6). Это означает, что более низкая температуропроводность может быть достигнута за счет использования опилок большего размера [9]. Удельная теплоемкость увеличивается с увеличением размера частиц используемых глинистых материалов (рис. 5) и увеличением размера частиц добавок опилок (рис. 6).

    3.1.4. Коэффициент температуропроводности

    Коэффициент температуропроводности увеличивается по мере уменьшения размера частиц смеси каолина и комовой глины при фиксированном размере частиц добавки опилок (рис. 7). Основное влияние размера частиц на температуропроводность твердого материала связано с объемом твердого и воздушного пространства, через которое тепло должно пройти при прохождении через материал. Это связано с большим размером частиц, что приводит к высокому уровню пористости из-за плохого заполнения пустот между частицами большого размера по сравнению с малыми размерами, что создает большие воздушные пространства [21]. Большая доля воздуха дает низкое значение коэффициента температуропроводности из-за его низкой теплопроводности. Уменьшение размера частиц увеличивает содержание частиц на единицу объема, что уменьшает среднее расстояние между частицами глинистой матрицы. Это приводит к плотной упаковке частиц, что приводит к уплотнению глиняных кирпичей, что увеличивает температуропроводность [16, 20]. Следовательно, мелкозернистый материал с закрытой текстурой (малый размер частиц) имеет гораздо большую температуропроводность, чем материал с более крупной открытой текстурой (крупный размер частиц). Небольшие размеры частиц повышают низкое термическое сопротивление, поскольку точки контакта для теплопроводности очень плотно упакованы. Из крупного зерна каолина и комовой глины получают более пористые кирпичи, а значит, более устойчивые к резким перепадам температуры по всему образцу [1, 22]. Низкие значения температуропроводности подходят для минимизации теплопроводности. Наблюдается (рис. 7), что увеличение размера частиц опилок дополнительно снижает коэффициент температуропроводности.

    Температуропроводность уменьшается с увеличением размера частиц опилок при фиксированном размере частиц комбинации каолина и комовой глины (рис. 8). Это связано с тем, что частицы опилок выгорают при температуре от 450 до 550°C [6], оставляя поры или пустоты в образцах. При сушке и обжиге происходит уплотнение и мелкие поры, образованные мелкими частицами опилок, стремятся закрыться глинистыми минералами в результате образования областей межкристаллитного контакта, а крупные поры останутся в глинистой матрице [18].

    Введение опилок в керамическую массу, которая удаляется во время обжига, оставляет поры, размеры которых связаны с размерами органических частиц. Более мелкие опилки образуют поры меньшего размера, большая часть которых может быть устранена при уплотнении, в то время как крупные частицы образуют поры большего размера. Опилки крупного размера улучшают сцепление на границе опилки-глина, что препятствует деформации и усадке глины. Это дает высокую пористость, низкую плотность, низкую теплопроводность и низкую скорость изменения температуры в образце. Следовательно, коэффициент температуропроводности уменьшается по мере увеличения размера частиц опилок. Как правило, значения температуропроводности B 1 до B 5 ниже, чем у A 1 до A 5 . Это результат мультипликативной пористости, создаваемой добавлением глины и опилок.

    3.2. Химический состав

    Процентный состав SiO 2 составляет 68,0%, а Al 2 O 3 составляет 22,0%. Согласно отчету Бюро энергоэффективности [23] о шамотных огнеупорах, шамотные огнеупоры низкой плотности состоят из алюмосиликатов с различным содержанием кремнезема от 67 до 77% и Al 2 O 3 содержание от 23 до 33%. Химический состав глинозема в разработанных образцах можно улучшить либо за счет обогащения сырья (каолина и комовой глины), либо за счет увеличения процентного состава каолина в образцах. Образцы глин содержат менее 9,0 % флюсующих компонентов (К 2 О, Na 2 О, СаО).

    3.3. Последствия

    Физическое значение низких значений коэффициента температуропроводности связано с малой скоростью изменения температуры через материал в процессе нагрева. Таким образом, образцы имеют низкие значения коэффициента температуропроводности и пригодны для использования в качестве теплоизоляторов. Подходящим теплоизолятором является образец, содержащий комбинацию каолина и комовой глины с размером частиц 125–154  9 .0025 мкм мкм с опилками с размером частиц 355–425  мкм мкм. Эта комбинация характеризовалась наименьшим значением температуропроводности 1,16·10 -7  м 2  с -1 и может быть легко подготовлена ​​для промышленного производства теплоизоляционных кирпичей.

    4. Выводы

    Результаты исследования показывают, что все проанализированные образцы являются хорошими теплоизоляторами, а коэффициент температуропроводности напрямую зависит от размера частиц комбинации минералов каолина и комовой глины, а также от размера частиц опилок. добавление. Таким образом, из проведенного общего экспериментального анализа было получено следующее. (1) Коэффициент температуропроводности увеличивается с уменьшением размера частиц смеси каолина и комовой глины при фиксированном размере частиц добавки опилок. Добавление опилок большего размера снижает температуропроводность даже при очень малых размерах частиц каолина и комовой глины. (2) Коэффициент температуропроводности уменьшается с увеличением размера частиц опилок при добавлении фиксированного размера частиц каолина и комовой глины. Включение каолина и комовой глины с частицами гораздо большего размера еще больше снижает коэффициент температуропроводности из-за мультипликативного эффекта более высокой пористости, создаваемой опилками и глинистыми минералами. (3) Образцы содержат подходящие композиции кремнезема и глинозема, которые подходят для легкие высокотемпературные изоляционные кирпичи. (4) Таким образом, образцы имеют низкие значения коэффициента температуропроводности и подходят для использования в качестве теплоизоляторов.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

    Благодарности

    Авторы хотели бы поблагодарить сотрудников Университета Кьямбого за их руководство и поддержку в ходе исследования и исследования. Также выражаем благодарность руководству и персоналу Института промышленных исследований Уганды, UIRI (факультет керамики), за предоставление своих лабораторий и оборудования для исследований, а также факультету физики Университета Макерере. Особым образом авторы выражают признательность за финансовую поддержку, которую они получили от г-жи Наньяма Кристин, доктора Маеку Роберт и его жены г-жи Кейт Маеку.

    Ссылки

    1. Дж. У. Манукаджи, «Влияние добавления опилок на изоляционные характеристики глин из федеральной столичной территории Абуджа», International Journal of Engineering Research and Applications , vol. 3, нет. 2, pp. 6–9, 2013.

      Просмотр по адресу:

      Google Scholar

    2. Ф. Коланджело, Г. де Лука и К. Фероне, Экспериментальный и численный анализ тепловых и гигрометрических характеристик строительных конструкций Использование переработанных пластиковых заполнителей и геополимерного бетона , Парфенопский университет Неаполя, Неаполь, Италия, 2013 г.

    3. Р. Т. Фариа мл., В. П. Соуза, К. М. Ф. Виейра и Р. Толедо, «Характеристика глиняной керамики на основе переработки промышленных отходов», в Характеристика , Сырье, обработка, свойства, разложение и восстановление , C. Sikalidis, Ed., 2011.

      Просмотр по адресу:

      Google Scholar

    4. A.B.E. Bhatia, Обзор огнеупорных материалов , PDH Online, Фэрфакс, Вирджиния, США, 2012.

    5. О. Арамид, Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, 2012, http://www.SciRP.org/journal/jmmce.

    6. Правительство Уганды, Доклад о населении Уганды: Планируемая урбанизация для растущего населения Уганды , Правительство Уганды, Кампала, Уганда, 2007 г.

    7. С. Мукииби, 9002 5 Влияние урбанизации на жилищные условия городской бедноты в Кампале , факультет архитектуры, Университет Макерере, Кампала, Уганда, 2008 г.

    8. Х. Чемани и Б. Чемани, «Повышение ценности древесных опилок при производстве пористого глиняного кирпича», научных исследований и очерков , том. 8, нет. 15, стр. 609–614, 2013 г.

      Посмотреть по адресу:

      Сайт издателя | Google Scholar

    9. Р. Э. Б. Шринивасула, Основные механизмы теплопередачи — закон теплопроводности Фурье , Колледж пищевых наук и технологий, Сельскохозяйственный университет Ранга, Пуливендула, Индия, 2013.

    10. Стандарты ASTM D 5334-92, D 5930-97 и IEEE 442-1981.

    11. А.-Б. Черки, Б. Реми, А. Хаббази, Ю. Джанот и Д. Бейлис, «Экспериментальная характеристика тепловых свойств изоляционного пробково-гипсового композита», Строительство и строительные материалы , том. 54, стр. 202–209, 2014.

      Посмотреть по адресу:

      Сайт издателя | Google Scholar

    12. ASTM D411-08, Стандартный метод определения удельной теплоемкости горных пород и грунтов , ASTM International, West Conshohocken, Pa, USA, 2008.

    13. M.S. Shackley, Рентгеновская флуоресцентная спектрометрия (XRF) в геоархеологии , Кафедра антропологии, Калифорнийский университет, Беркли, Калифорния, США, 2011.

    14. А. А. Кадир, А. Мохаджерани, Ф. Роддик и Дж. Бакеридж, «Плотность, прочность, теплопроводность и характеристики выщелачивания легких кирпичей из обожженной глины, содержащих окурки», International Journal of Civil and Экологическая инженерия , том. 2, нет. 4, pp. 1035–1040, 2010.

      Просмотр по адресу:

      Google Scholar

    15. Вирутагири Г., Нарешананда С., Шанмугам Н. Анализ изоляционных огнеупорных кирпичей из смесей глин с пилой добавление пыли », Индийский журнал прикладных исследований (физика) , том. 3, нет. 6, 2013.

      Просмотр по адресу:

      Google Scholar

    16. В. Линг, А. Гу, Г. Лян и Л. Юань, «Новые композиты с высокой теплопроводностью и низкой диэлектрической проницаемостью для микроэлектронной упаковки». Полимерные композиты , vol. 31, нет. 2, стр. 307–313, 2010.

      Посмотреть по адресу:

      Сайт издателя | Google Scholar

    17. Х. Биничи, О. Аксоган, М. Н. Бодур, Э. Акча и С. Капур, «Тепловая изоляция и механические свойства сырцовых кирпичей, армированных волокном, в качестве стеновых материалов», Construction and Building Materials , vol. . 21, нет. 4, стр. 901–906, 2007 г.

      Посмотреть по адресу:

      Сайт издателя | Google Scholar

    18. Сайах Р. , Перрин Б., Ригал Л. Улучшение термических свойств обожженных глин путем введения растительных веществ, стр. 9.0025 Журнал строительной физики , том. 34, нет. 2, стр. 124–142, 2010 г.

      Посмотреть по адресу:

      Сайт издателя | Google Scholar

    19. Чжан С., Цао С.Ю., Ма Ю.М., Ке Ю.К., Чжан Дж.К., Ван Ф.С. Влияние размера и содержания частиц на теплопроводность и механические свойства Al 2 O 3 /композиты из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), Express Polymer Letters , vol. 5, нет. 7, стр. 581–590, 2011.

      Просмотр:

      Сайт издателя | Google Scholar

    20. N. Meena Seema, Влияние распределения частиц по размерам на свойства алюмооксидных огнеупоров [M.S. диссертация] , Департамент Технологического института, Руркела, Индия, 2011.

    21. А. Г. Э. Марва, Ф. М. Мохамед, С. А. Х. Эль-Бохи, К. М. Шараби, К. М. Эль-Меншави и Х. Шалаби, «Факторы, влияющие на производительность кирпича огнеупорного шамотного», в Gornictwo i Geoinzynieria, Rok 33, Zeszyt 4 , Центральный металлургический научно-исследовательский институт, Хелуан, Египет, 2009 г.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *